Исследование гетероструктур в системе In-Ga-As-P и разработка на их основе перестраиваемого одномодового гетеролазера и мощного суперлюминесцентного диода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.ИОФФЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи ПИХТИН Никита Александрович Р Г 0 0Д

' 7 АПР 2000

Исследование гетероструктур в системе 1п-Са-Ая-Р и разработка на их основе перестраиваемого одномодового гетеролазера и мощного суперлюминесцентного диода (Я, = 1.3 - 1.55 мкм)

Специальность: 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Физико-тсхничсском 1П1стнтуте им.А.Ф.Иоффе РАН,

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

старший научный сотрудник Тарасов И.С.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Копьев П.С.

кандидат физико-математических наук

доцент Кружалов C.B.

Ведущая организация КБ "Связьморпроект"

Защита состоится 2000 г. в " /Г» часов на

заседании специализированного совета К-003.23.01 при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им.А.Ф.Иоффс РАН.

Автореферат разослан "/У" ¿''¿¿А'.'сУ_2000 г.

Ученый секретарь 1 Г\

диссертационного совета К-003.23.01 ' " '

кандидат физико-математических наук С \ Куликов Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В последние годы полупроводниковые гетеролазеры находят все большее применение в различных областях науки и техники. Инжекщюнные гетеролазеры на основе твердых растворов ГпСаАэРЛпР, излучающие в диапазоне длин волн 1300-1550 им, являются оптимальными источниками излучения для волокошю-оптическнх линии связи (ВОЛС). Квантоворазмерная двойная гетероструктура раздельного ограничения (КР РО ДГС) 1пСаАзР/1пР позволяет получата надежные высокоэффективные лазерные диоды, обладающие низким пороговым током, высокой внутренней и внешней квантовой эффективностью и высокой выходной оптической мощностью. Однако для применений в лазерной спектроскоп™, волокогаш-оптических гироскопах, оптических системах со спектральным уплотнением необходимы диоды со специфическими выходными характеристиками, такими, как широкий спектр излучения, возможность перестройки длины волны. Это требует внесення изменений в конструкцию лазерного диода и оптимизацию параметров гетероструктуры для конкретного типа приборов. Несмотря на огромное число работ, посвященных исследовашио и оптимизации параметров КР РО ДГС 1пСаАзР/ГпР гетеролазеров, некоторые особенности электрических и оптических свойств гетероструктур в системе ¡п-Са-Ая-Р твердых растворов остаются до настоящего времени недостаточно изученными.

В этой связи тема работы, направленная на изучение особенностей электрических и оптических свойств квантоворазмерных гетероструктур в системе Гп-Са-Аэ-Р твердых растворов с целью создания на их основе мощного широкополосного суперлюминесцентного диода и перестраиваемого одномодового Фабри-Перо гетеролазера (А. = 1.3 - 1.55 мкм), является актуальной как : научной, так и с практической точек зрения.

Основная цель работы заключалась в исследовании особенностей электрических и оптических свойств гетероструктур раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе твердых растворов Гп-Са-АБ-Р, создании на их основе перестраиваемого одномодового Фабри-Перо гетеролазера двухсекционной конструкции и мощного широкополосного суперлюминссцентного диода (X = 1.3 - 1.55 мкм).

Для выполнения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Экспериментальное и теоретическое исследование электрических и оптических свойств двойных гетероструктур раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе твердых растворов 1п-Са-Аз-Р при высоких уровнях накачки.

2. Разработка технологии и изготовление двухсекционною мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера на основе {пСаАэРЛпР (А, = 1.3 - 1.55 мкм) двойной гетероструктуры раздельного ограничения.

3. Исследование излучательных характеристик перестраиваемогс одномодового 1пСаА$Р/1пР (X = 1.55 мкм) гетеролазера созданного на базе двухсекционной мезаполосковой конструкщш.

4. Проведение исследований по оптимизащш параметры двухсекционного мезаполоскового ЬЮаАзРЛпР лазерного диодг для получешм мощного широкополосного суперлюминесцентног< излучения (X = 1.3 - 1.55 мкм). Исследование излучателыш? характеристик полученных суперлюминесцентных диодов.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней:

1. Проведены комплексные исследования особенностей ватт амперных и спектральных характеристик лазерных диодов н< основе квантоворазмерных двойных гетероструктур раздельной ограничения кЮаАзРЛпР при высоких уровнях электрическо! накачки (до 60 кА/см2).

2. Детально исследованы причииы аномального падени дифференциальной квантовой эффективности при уменыпешп ДД1П1Ы резонатора лазерного диода и сублхшейности ватт

амперных характеристик при больших плотностях тока.

3. Предложен метод измерения профиля усиления в гетероструктуре с использованием двухсекционной конструкции лазерного диода.

4. Теоретически определен возможный диапазон перестройки длины волны излучения в двухсекционном Фабри-Перо гетеролазере с использованием предложенного метода измерения и расчета профиля усиления и экспериментально показана электрическая перестройка длины волны в двухсекционной мезаполосковой конструкции Фабри-Перо лазерного диода.

5. Определены параметры гетероструктуры на основе ¡пСаАэРЛпР твердых растворов, используемой для получения мощного высокоэффективного широкополосного суперлюминесцентного излучения (Я. = 1.3 - 1.55 мкм).

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Установлено, что лазерные даоды на основе гетероструктур в системе четверных твердых растворов Ьг-Са-АБ-Р, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, обладают аномально широкими спектрами генерации и спонтанного излучения. Сделан вывод о возможности использования таких структур в нпгрокополосных источниках излучения и для перестройки длины волны излучения в широком спектральном диапазоне.

2. Разработана двухсекционная конструкция мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера на основе ГпСаАвРЛпР (X = 1.3 - 1.55 мкм) двойной гетероструктуры раздельного ограничения.

3. Реализована электрическая перестройка длины волны в двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере в широком спектральном диапазоне.

4. Разработана конструкция суперлюминесцентного диода на базе мезаполоскового одномодового 1пОаАзР/1пР (к = 1.3 - 1.55 мкм) лазерного диода.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Микрофлуктуации состава твердых растворов ¡пСаАвР, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, приводят к аномально широким спектрам спонтанного излучения и генерации в квантоворазмерных 1пСаАвР/1пР лазерах раздельного ограничения.

2. Падение дифференциальной квантовой эффективности в ЬЮаАБРЛпР лазерах раздельного ограничения при больших уровнях накачки связано с возрастанием концентрации неравновесных носителей в волноводе и утечкой носителей в р-эмитгер.

3. В двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере, созданном на базе ЫСаАвРЯпР двойной гетсроструктуры раздельного ограничения с тонкой активной областью и аномально широким спектром усиления, возможна электрическая перестройка длины волны излучения путем изменения соотношения величин токов накачки секций.

4. Использование ЬЮаАБр лазерной гетероструктуры с аномально широким спектром усилеш!я в лазерном даоде с наклонным мезаполоском и поглощающей секцией позволяет получать мощное широкополосное суп ер люминесцентное излучение.

5. Использование напряженной ГпОаАБРЛпСаАяЛпР гетероструктуры раздельного ограничения с несколькими квантовыми ямами и высоким коэффициентом оптического ограничения волновода позволяет увеличить мощность и эффективность суп ер люминесцентных диодов.

Приоритет результатов

Представленные в диссертации результаты исследования перестройки длины волны излучения в двухсекционной конструкции Фабри-Перо гетеролазера на основе ЬЮаАзРЛпР гетероструктуры с широким профилем усиления получены впервые. Достигнутые выходные оптические характеристики (величина мощности и полуширина спектра суперлюминесцентного излучения) суперлюминесцентного диода в разработанной конструкции на основе ¡пваАБРЯпР

гетероструктур (А. = 1.55 мкм) являются рекордными значениями в мире на настоящий момент.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Ist International Fiber-Optic and Telecommunication Conference (ISFOC '91), 1991, Leningrad, USSR, на 2ой Международной конференции "Nanostructures: physics and technology" (С-Петербург, июнь 1996), на 2-ой Всероссийской 'конференции по физике полупроводников, 26.026.03.1996, г.Зеленогорск, С.Петербург и 5ой Международной конференщш "Nanostructures: physics and technology" (С.-Петербург, июнь 1999), а также на научных семинарах лаборатории "Полупроводниковой лгоминесценщш и инжекционных излучателей" ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.

Публикации

По результатам исследований опубликовано всего 39 научных работ, из них 10 непосредственно по теме диссертационной работы. Список этих работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объем диссертации составляет 133 страницы, в том числе 83 страницы основного текста, 38 рисунков на 38 страницах и 2 таблицы. Список цитированной литературы включает в себя 80 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель работы, показаны ее научная новизна, практическая ценность и приоритет результатов, приведены выносимые на защиту научные положения.

Первая глава посвящена обзору литературных данных по гетероструктурам в системе твердых растворов Гп-Са-Аз-Р и приборам на их основе. Дана краткая характеристика твердых растворов в системе 1п-Са-Аз-Р, изопериодичных с подложкой 1пР. Приводится краткий обзор основных методов роста гетероструктур ЬЮаАБРЛпР. Отмечается, что имеются экспериментальные данные, указьшающие на неустойчивость твёрдых растворов 1п-Са-А5-Р в области несмешиваемости в некотором интервале температур и составов, что затрудняет рост однородных монокристаллических эпитаксиальных слоёв. Наблюдаемая нестабильность твёрдых растворов объясняется спинодальным распадом четверного твёрдого раствора на две твёрдые фазы. Для рабочих температур эшггаксиального осаждения твёрдых растворов 1п - Са - Аб - Р (900 - 1000 К) область сгашодального распада охватывает значительную часть твёрдых растворов ЬЮаАБР, изопериодичных с 1пР.

Приводятся описание технологии изготовления мезаполосковой конструкщш лазерных диодов и основные характеристики шшекционных гетеролазеров на основе квантоворазмерных двойных гетероструктур раздельного ограничения (КР РО ДГС) ЬЮаАвРЛпР. Отмечается, что лазерные диоды на основе РО ДГС с тонкой ненапряженной активной областью, выращенной модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, отличаются своей надежностью и обладают низкой пороговой плотностью тока (до 410 А/см2), высокой внутреш1ей и внешней квантовой эффективностью (до 63 %) и высокой выходной оптической мощностью (до 1.2 Вт) при постоянном токе накачки.

Далее рассматриваются типы электрически перестраиваемых лазерных диодов. Дан достаточно полный обзор существующей литературы по суперлюминесцентным диодам (СЛД). Несмотря на возросший за последние годы интерес к излучателям такого типа, связанный в основном с использованием их в низкокогерентной рефлектометрии и волоконно-оптических гироскопах, в литературе существует ограниченное число работ по данной тематике. Описан принцип работы, приведены основные конструкции и особенности

излучательных характеристик СЛД. Отмечается, что на данный момент максимальная непрерывная мощность суперлюминесцентного излучения, достигнутая в СЛД на основе ЬЮаАзРЛпР, составляет 25 мВт {к = 1.3 мкм) и 8 мВт (X. = 1.55 мкм). Типичная полуширина спектра составляет 30 им.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований ватт-амперпых и спектральных характеристик лазерных даодов на основе КР РО ДГС ЬгОаАэРЛпР (к = 1.3 -1.55 мкм) вплоть до высоких уровней возбуждения (60 кА/см2).

Первый параграф посвящен исследованию особенностей пороговых и мопщостных характеристик оксиддо-полосковых лазеров с шириной полоска ^=60 мкм на основе КР РО ДГС ЫСаАзРЛпР, выращенной модифицированным методом жидкофазной эпитаксии. Толщина активной области составляла около 300 А, толпцша волноводных слоев около 0.5 мкм. Измерения ватт-амперных характеристик проводились при длительности токовых импульсов 100 не, что исключало влияние тепловых эффектов при высоких плотностях тока. Обнаружено аномальное уменьшение дифференциальной эффективности в лазерах с короткими резонаторами и насыщение ватт-амперных характеристик при сравнительно небольших превышениях тока накачки над пороговым значащем. Для определения причины насыщения ватт-амперных характеристик были исследованы зависимости от тока накачки интенсивносгей полос излучения волноводаых и эмиттерных слоев. Проведены расчеты компоненты тока, связанной с утечкой электронов в р-эмиттер, рекомбинационного тока в волноводе и расчет свет-токовых характеристик КР РО ДГС ЬЮаАБРЛпР вплоть до плотностей тока накачки 60 кА/см2. В расчетах использовались экспериментальные зависимости пороговой плотности тока и дифференциальной эффективности от потерь па выход. Получено хорошее согласие между экспериментальными и теоретическими кривыми ватт-амперных характеристик. В результате экспериментальных и теоретических исследований показано, что для КР РО ДГС лазерных диодов средняя концентрация неравновесных носителей в волноводе продолжает расти с увеличением тока накачки

и после порога геиерашш, вследствие чего возрастают утечки неравновесных носителей в р-эмиттер и происходит насыщение ватт-амперных характеристик. Основную часть тока неосновных носителей в р-эмиттерс составляет утечка носителей в контакт, величина которой растет с увеличением тока основных носителей в связи с ростом дрейфовой компоненты электрического тока в р-эмнттере. Рост утечек с возрастанием плотности носителей в яме и волноводе вследствие возрастания порогового тока при росте потерь на выход может быть также причиной аномального уменьшения дифференциальной эффективности в лазерных диодах с короткими длинами резонатора. Отмечается, что рассматриваемые аномалии ватт-амперных характеристик должны быть характерны только для КР РО ДГС лазеров с достаточно широким волноводом и не слишком большим энергетическим барьером между волноводом и эмиттерами.

Во втором параграфе приводятся результаты исследований особенностей спектральных характеристик ¡пСаАвРЛпР гетеролазеров. Целью исследовашш являлось выяснение природы аномального расширеш1я спектров излучения после порога генеращш при увеличении тока накачки полосковых одномодовых КР РО ДГС лазеров с активной областью на основе четверных твердых растворов 1пОаАзР. Проводились исследования зависимостей спектров генерации п спонтанного излучения от тока накачки (до 60 кА/см2) для гетеролазеров с разным составом твердых растворов 1п-Са-Ав-Р активной области (к = 0.8 - 1.5 мкм), а также АЮаАзЮаАБ гетеролазеров с бш1 арным СаАв в активной области. Обнаружено, что КР РО ДГС лазеры на основе четверных ¡пваАБР твердых растворов имеют аномально широкий спектр спонтанного излучения (120-140 мэВ по полуширине) вблизи порога генеращш (~1 кА/см2). В гетеролазерах с активной областью на основе бинарных соединений (ОаАв) полуширина спектра спонтанного излучения составила 70 мэВ. Показано, что полуширина спектра спонтанной электролюминесценции характеризует степень неоднородного уширсния спектра излучения ¡пСаАвР гетеролазеров и определяет ширину их спектра генерации. Предложено объяснение явления неоднородного уширсния спектров излучения четверных твердых

растворов 1п-Оа-Аз-Р за счет их сгашодального распада, приводящего к мнкрофлуктуациям состава. Отмечено, что наличие микрообластей с разным составом четверного твердого раствора 1пСаА$Р в активной области подтверждает и наблюдаемый заметный рост полуширины и интенсивности спектра спонтанного излучения в лазерах после порога генерации. Это свидетельствует о том, что стабилизации уровня Фермн после порога генеращш не наступает, и концентрация инжектируемых носителей в активной области продолжает расти.

В третьей главе представлены результаты исследовашш электрических и оптических характеристик перестраиваемого одцомодового двухсекционного мезаполоскового Фабри-Перо гетеролазера, изготовленного на основе КР РО ДГС ЬЮаАвРЛпР (л, = 1.55 мкм).

В первом параграфе описаны технологические особенности изготовления двухсекционного мезаполоскового Фабри-Перо гетеролазера 1пСаАзР/1пР. Отличие от стандартной технологии изготовления лазеров типа "мелкая меза", приведенной в главе 1, состояло в добавлешш операций фотолитографии и плазма-химического травлашя для формирования изолирующей канавки между секциями гетеролазера. Ширш1а и глубина канавки составляла 5 мкм и 2.5 мкм, соответственно. Это обеспечивало сопротивление между секциями лазера 0.5 кП, что практически исключало электрическое втшше секций друг на друга.

Во втором параграфе приведен расчет максимально возможного диапазона перестройки длины волны в двухсекциошюм лазере на основе КР РО ДГС 1пСаАзР/1пР (А = 1.55 мкм). С этой целью использовалась предложенная модификация метода определешм профиля усиления по спектру спонташюго излучения. Были проведены измерения спектров спонташюго излучегам каждой из секций двухсекционного КР РО ДГС 1пСаА5Р/1пР (>.= 1.55 мкм) лазера при разных токах накачки. При этом длины секций значительно отличались друг от друга. Спонтанное излучение наблюдалось при выводе излучения через торец каждой из секций, при этом другая секция лазера работала при обратном смещении, что обеспечивало однопроходный режим излучения. Приводятся рассчитанные

зависимости спектров усиления при разных плотностях тока накачки (от 1 кА/см2 до 10 кА/см2) и спектров суммарного усиления двухсекционного лазера при разных соотношениях плотностей тока накачки секций. Длина волны излучения определялась из положения максимума спектра суммарного усиления. Теоретически определенный диапазон перестройки длины волны при условии подачи максимально допустимой плотности тока через одну из секций 10 кА/см2 составил 15нм.

Третий пара1раф посвящен исследованию излучательных характеристик перестраиваемого двухсекционного мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера ЬЮаАзРЛпР (X = 1.55 мкм). Исследованы ватт-амперные характеристики, картина дальнего поля и спектры генерации двухсекционного гетеролазера от плотности тока при однородной накачке. Для перестройки длины волны излучения была выбрана плотность тока накачки, при которой гетеролазер излучает в одной продольной моде, совпадающей по длине волны с ее пороговым значением. Одночастотный режим работы гетеролазера позволял точно определять величину смещения спектра генерации (Рис.1).

С\Л/, Т=20Ъ

Рис.1 Спектр излучения двухсекционного Фабри-Перо InGaAsP/InP лазера при постоянной выходной оптической мощности и при различных плотностях тока накачки Ji и J2 секций 1 и 2 длиной Li = 450 мкм и L2 = 150 мкм, соответственно.

J =7 kA/cnf

J1= 3 kA/cm2 3 kA/cm2

1—1—1—1—1—1—1 1 1 1 1

1.550

Длина волны, мкм

При изменении соотношения плотностей токов накачки секцш! наблюдалась пошаговая перестройка длины волны излучения с шагом, равным межмодовому расстоянию резонатора Фабри-Перо. Максимальный сдвиг длины волны излучения 12 нм наблюдался при подаче максимально допустимой плотности тока через секцию 1 и, соответственно, минимальной плотности тока через секцию 2. При этом мощность излучения двухсекционного лазера оставалась постоянной. Показано, что экспериментальные значения длин волн генерации хорошо совпадают с расчетным положением максимума зависимостей суммарного усиления при данных плотностях тока через секции.

Таким образом, в двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо лазере, созданном на основе КР РО ДГС ЬЮэЛбРЯпР (Х=1.55 мкм) с широким профилем усиления, получена пошаговая перестройка длины волны излучения в диапазоне 12 нм при постоянной выходной излучаемой оптической мощности. Шаг перестройки равен межмодовому расстоянию резонатора Фабри-Перо. Перестройка длины волны излучения в двухсекционном лазере основана на изменении положения максимума суммарного усиления двухсекционного лазера при изменении соотношения токов накачки его секций. Предложенный метод измерения профиля усиления в двухсекционном лазере позволил рассчитать теоретически возможный диапазон перестройки длины волны, который составил 15 нм.

Четвертая глава посвящена разработке суперлюминесцентных диодов на основе твердых растворов Гп-Са-АБ-Р, излучающих в диапазоне 1.3-1.55 мкм длин волн, и исследованию их излучательных характеристик. Приведены результаты исследований излучательных характеристик СЛД различных конструкций, изготовленных на основе ЬЮаАБРЛпР гетероструктур разного конструктивного типа. Целью настоящих исследований являлось определение оптимальных параметров СЛД для получения максимальной мощности суперлюминесценггаого одномодового излучения, низкого значения порога усиления, широкого спектра излучения и малой глубины модуляции спектра.

В первом параграфе приводятся результаты исследовании по определению оптимальной конструкции суперлюминесцентных диодов ЫСаАзРЛпР. В качестве базовой была выбрана мезаполосковая конструкция на основе КР РО ДГС ГпСаАэРЛпР, выращенной модифицированным методом жидкофазной эпитаксии. Для получения супсрлюминесцентного излучения в конструкщпо лазерного диода поэташю вносились изменения с целью подавления лазерного режима. При этом исследовалось влияние каждого вносимого конструктивного изменения на режим работы диода, в частности, на такие его характеристики, как пороговый ток генерации, мощность и эффективность суперлюминесцентного излучения, ширина спектра излучения и глубина модуляции спектра. На первом этапе были проведены исследования излучательных характеристик ЬЮаАвРЛпР СЛД мезаполосковой конструкции с разным углом наклона а полоскового контакта от перпендикуляра к выходным граням диода. Угол наклона варьировался от 0° до 14°. Исследования ватт-амперных и спектральных характеристик мезаполоскового СЛД на основе КР РО ДГС 1пОаАзР/1пР с разным углом наклона полоска а и с разной длиной диода Ъ позволили определить оптимальные значения этих величин. Они составили а = 10° и Ь=1 мм. Максимальная мощность суп ер люминесцентного излучения, определяемая при значении глубины модуляции спектра т = 10%, составила 15 мВт при оптимальных значениях а и Ь. Картина дальнего поля в плоскости, параллельной р-п-переходу, во всем диапазоне токов накачки СЛД с 10° наклонным мезаполоском имела однолепестковый вид, что указывает на работу СЛД в нулевой поперечной моде. Максимум интенсивности диаграммы направленности сдвинут от нормали на угол ©0 = агевт ( п^ * Бта), где пе1Г - эффективный показатель преломления волновода (в случае а = 10° ©о = 37°). Показано, что наклон полоскового контакта является эффективным методом подавлешш лазерной генерации только в конструкции диода, обеспечивающей режим работы в нулевой поперечной моде, поскольку при наклоне полоска относительно

нормали резко уменьшается коэффициент отражения только нулевой поперечной моды.

Далее в параграфе приводятся результаты исследовашш СЛД с 10° наклонным мезаполоском и задней поглощающей секцией. Определенные оптимальные длины усиливающей и поглощающей секций составили 1000 мкм и 300 мкм, соответствешю. Использование такой конструкции СЛД позволило получить 40 мВт (диапазон дтш волн 1300 нм) и 30 мВт (диапазон длин волн 1550 нм) непрерывной мощности супертоминесцентного излучения. При этом рассчитанная глубина модулящш спектра составляла величину т = 3% на максимальной мощности излучения (Рмах) и т = 1% на половшшой мощности (1/2 Рмах). Полуширина спектра супфлюминесцентного излучения составила 60 нм и 65 нм, соответствешю. Полученные рекордные значения полуширшпы спектра связаны с исиользова1П1ем КР РО ДГС ГпСаАзР/ГпР с широким профилем усиления.

Во втором параграфе приведены результаты исследовашш по оптимизащш параметров ЬЮаАзРЛпР гетероструктуры с целью получешм высокоэффективного суперлюминесцентного одномодового излучения в СЛД. Анализ выражешм для мощности суперлюминесцентного излучения:

Р =

где р - отношеш!е мощности спонташюго излучеш1я, захвачешюго волноводом, к общей мощности спонташюго излучения;

г)8р - эффективность спонтанного излучения;

Ьу - энергия фотона;

Я - заряд электрона;

- ширина области усиления;

С - коэффшщент усиления оптической моды;

3 - плотность тока накачки;

Ь - дшша диода,

показал, что для получеши высокой выходной мощности супсрлюминесцентного излучения и низкого порога усилашя в СЛД

С

оптимальной является гетероструктура с малыми внутренними оптическими потерями и максимальным усилением в активной области. Исследования показали, что этим параметрам лучше всего соответствует напряженная ГпСаАБРЛпСаАБЛпР гетероструктура раздельного ограничения с несколькими квантовыми ямами и высоким коэффициентом оптического ограничения волновода. Активная область гетероструктуры состояла из десяти напряженных квантовых ям толщиной 70 А каждая. Толщина волновода составляла

0.2.мкм. Гетероструктура была выращена МОС-гндридной эпитаксией. Использование такой гетероструктуры в конструкции диода с наклонным на 10° мезаполоском шириной 4.5 мкм позволило достичь рекордной постоянной оптической мощности одномодового суперлюминесцентного излучения (X = 1.55 мкм) 60 мВт при полуширине спектра излучения 30 нм, глубине модуляции спектра 8 %, постоянном токе накачки 800 мА. Порог усиления составил 1.5 кА/см2.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

1. Двойные гетероструктуры раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе ЬЮаАвР твердых растворов, выращенные модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, обладают аномально широкими спектрами спонтанного излучения и генерации. Установлена корреляция между аномально широким спектром генерации и неоднородным уширением спектра излучения в ЬЮаАвРЛпР твердых растворах, связанного с микрофлуктуациями состава в области несмешиваемости. Сделан вывод о возможности использования таких структур в широкополосных источниках излучения и для перестройки длины волны излучения в широком спектральном диапазоне.

2. Поглощение на свободных носителях дает относительно небольшой вклад в наблюдаемое падение эффективности излучения в ЬЮаАзРЛпР лазерных диодах при высоких плотностях тока накачки. Развита теоретическая модель, объясняющая падение дифференциальной эффективности

возрастанием концентрации неравновесных носителей в волноводе за порогом генерации и утечкой носителей в р-эмиттер. Модель хорошо согласуется с экспериментом.

3. В двухсекциошюм мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере, созданном на базе 1пОаА$Р/1пР (А. = 1.55 мкм) двойной гетероструктуры раздельного ограничения с аномально широким спектром усиления, получена электрическая перестройка длины волны генерации в диапазоне 12 нм при сохранении постоянной выходной оптической мощности.

4. Определены оптимальные параметры конструкции Фабри-Перо лазерного диода на основе КР РО ДГС ¡пСаАвРЛпР для получешм максимальной мощности одномодового широкополосного суперлюминесцентного излучения - угол наклона мезаполоска 10°, ширина мезаполоска 4.5 мкм, длина усиливающей секции 1000 мкм, длина поглощающей секщш 300 мкм.

5. Использование напряженной 1пОаА5РЛпСаА$/1пР гетероструктуры раздельного ограгагаения с десятью квантовыми ямами и высоким коэффициентом оптического ограшгаеши волновода в конструкции дао да с наклонным на 10° мезаполоском шириной 4.5 мкм позволило достичь рекордной постоянной оптической мошцости 60 мВт одномодового суперлюминесцентного излучения (А. = 1.55 мкм) при полуширине спектра излучения 30 нм, глубине модуляции спектра 8 %, постоянном токе накачки 800 мА. Порог усиления составил 1.5 кА/см2.

6. На базе ЬЮэЛбРЯпР двойной гетероструктуры раздельного ограничения с широким профилем усиления созданы суперлюмннесцентиые диоды, обладающие рекордно широким спектром излучения (65 нм по полуширине) и низкой глубиной модулящш (< 1 %) спектра. Выходная оптическая мощность составляла 40 мВт (А. = 1.3 мкм) и 30 мВт (А. = 1.55 мкм).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. И.Э.Беришев, Д.З.Гарбузов, С.Е.Гончаров, Ю.В.Ильин, Э.У.Рафаилов, А.В.Михайлов, Н.А.Пихтин, А.В.Овчшшиков, И.С.Тарасов "Оптический модуль на базе квантоворазмерного InGaAsP/InP лазера ваттного диапазона (>*=1.3|im)", Письма в Ж ТФ , 1990г., т. 16, вьш.21, стр.35-41.

2. D.Z.Garbuzov, S.E.Goncharov, Yu.V.Ilyin, A.V.Ovchinnikov, N.A.Pikhtin, I.S.Tarasov. "1W CW separate confinement InGaAsP/InP (^=1.3цт) laser and their coupling with optical fibers", Proceed, of 1st International Fiber-Optic and Telecommunication Conference (ISFOC '91), 1991, Leningrad, USSR, v.l,pp. 144-149.

3. Д.З.Гарбузов, А.В.Овчшшиков, Н.А.Пихтин, З.Н.Соколова, И.С.Тарасов, В.Б.Халфин. "Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей пороговых и мощностных характеристик РО ДГС InGaAsP/InP (Я.=1.3мкм) лазеров", ФТП, 1991, т.25, вып.5, сс. 928-933.

4. Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов, М.А.Иванов "Особенности спектральных характеристик мощных инжекционных гетеролазеров на основе InGaAsP четверных твердых растворов.", ФТП, 1994, т.28, вып.11, стр. 1983-1990.

5. N.A.Pikhtin, A.Yu.Leshko, A.V.Lyutetskiy, V.B.Khalfin, N.V.Shuvalova, Yu.V.Hyin, I.S.Tarasov, "Two - section InGaAsP/InP (X= 1.55 цт) Fabry-Perot laser diode with 12 nm tuning range", Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 24-28 June 1996, pp.351-353.

6. И.С.Тарасов, М.А.Иванов, А.В.Мурашова, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Н.А.Берт, Ж.И.Алферов "Самоупорядоченные InGaAsP наноструктуры", 2-ая Всеросийская конференция по физике полупроводников, 26.026.03 1996, г.Зеленогорск, С.Петербург, 1996, т. 1, с.46.

7. Н.А.Пихтин, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, В.Б.Халфин, Н.В.Шувалова, Ю.В.Ильин, И.С.Тарасов "Двухсекционный InGaAsP/InP (к= 1.55 мкм) Фабри-Перо лазф с 12 нм диапазоном

перестройки длины волны", Письма в ЖТФ, 1997, т.23, вып.6, сс.10-15.

8. N.A.Pikhtin, A.Yu.Leshko, A.V.Lyutetskiy, S.A.Shuravin, A.L.Stankevich, N.V.Fetisova, I.S.Tarasov, "High power broadband singlelobe InGaAsP/InP superluminescent diode", Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 14-18 June 1999, pp. 150-153.

9. Н.А.Берт, Л.С.Вавилова, И.П.Ипатова, В.А.Кагштонов,

A.В.Мурашова, Н.А.Пихтин, А.А.Ситникова, И.С.Тарасов,

B.А.Щукин "Спонташю формирующиеся периодические InGaAsP структуры с модулированным составом", ФТП, 1999, т.ЗЗ, вып.5, стр.544-548.

10. Н.А.Пихтин, Ю.В.Илыш, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, А.Л.Станкевич, И.С.Тарасов, Н.В.Фетисова "Мощный широкополосный одномодовый InGaAsP/InP суперлюминесцентный даод", Письма в ЖТФ, 1999, т.25, вьш.15, сс. 16-22.

ведение. шва 1 Гетероструктуры в системе твердых растворов Тп-Са-АБ-Р и приборы на их основе.

1Л Краткая характеристика системы ЫваАзРЛпР.

1.2 Инжекционные гетеролазеры на основе квантоворазмерных двойных гетероструктур раздельного ограничения ЫваАзРЯпР.

1.3 Мезаполосковая конструкция лазерных диодов на основе соединений ЫСаАзРЛпР.

1.4 Электрически перестраиваемые лазерные диоды ЫваАзРЯпР.

1.5 Излучательные характеристики и особенности конструкции суперлюминесцентных диодов на основе твердых растворов 1п-Са-А8-Р и АЬва-Аз.

1.5.1 Принцип работы супер люминесцентного диода.

1.5.2 Основные конструкции суперлюминесцентных диодов.

1.5.3 Особенности ватт - амперных характеристик супер люминесцентных диодов.

1.6 Выводы по обзору литературы. гава 2 Экспериментальное и теоретическое исследование электрических и оптических свойств гетеролазеров на основе Ш-ва-Аз-Р гетероструктур вплоть до высоких уровней накачки.

2.1 Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей пороговых и мощностных характеристик

РО ДГС ЫваАБР лазеров.

2.2 Исследования особенностей спектральных характеристик гетеролазеров на основе 1п-Оа-А8-Р гетероструктур вплоть до высоких уровней накачки. гава 3 Перестраиваемый одномодовый ЫОаАэРЯпР (X = 1.55 мкм) гетеролазер, созданный на базе двухсекционной мезаполосковой конструкции.

3.1 Технологические особенности изготовления двухсекционного мезаполоскового Фабри-Перо гетеролазера ЫСаАэРЯпР (X = 1.55 мкм).

3.2 Теоретическая оценка возможного диапазона перестройки длины волны в двухсекционном

Фабри-Перо гетеролазере МСаАзРЛпР (X = 1.55 мкм).

3.3 Исследование излучательных характеристик перестраиваемого двухсекционного мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера

ЫваАзРЯпР ( А, = 1.55 мкм). гава 4 Суперлюминесцентные диоды на основе 1п-Са-А8-Р твердых растворов, излучающие в диапазоне длин волн 1.3-1.55 мкм.

4.1 Определение оптимальной конструкции суперлюминесцентных диодов ЫСаАэРЯпР.

4.1.1 Суперлюминесцентные диоды мезаполосковой конструкции с наклонным полосковым контактом.

4.1.2 Суперлюминесцентные диоды двухсекционной мезаполосковой конструкции с наклонным полоском.

4.2 Оптимизация параметров ЫОаАзРЯпР гетероструктуры для суперлюминесцентных диодов и исследование их электрических и оптических характеристик. шпочение. тгература.

В последние годы полупроводниковые гетеролазеры находят все большее применение в различных областях науки и техники. Инжекционные гетеролазеры на основе твердых растворов ЫСаАзРЛпР, излучающие в диапазоне длин волн 1300-1550 нм, являются оптимальными источниками излучения для волоконно-оптических линий связи (ВО Л С). Квантоворазмерная двойная гетероструктура раздельного ограничения (КР РО ДГС) ЫваАзРЯпР позволяет получать надежные высокоэффективные лазерные диоды, обладающие низким пороговым током, высокой внутренней и внешней квантовой эффективностью и высокой выходной оптической мощностью. Однако для применений в лазерной спектроскопии, волоконно-оптических гироскопах, оптических системах со спектральным уплотнением необходимы диоды со специфическими выходными характеристиками, такими, как широкий спектр излучения, возможность перестройки длины волны. Это требует внесение изменений в конструкцию лазерного диода и оптимизацию параметров гетероструктуры для конкретного типа приборов. Несмотря на огромное число работ, посвященных исследованию и оптимизации параметров КР РО ДГС ЫваАзРЛпР гетеролазеров, некоторые особенности электрических и оптических свойств гетероструктур в системе ¡п-Са-АБ-Р твердых растворов остаются до настоящего времени недостаточно изученными.

В этой связи тема работы, направленная на изучение особенностей электрических и оптических свойств КР гетероструктур в системе 1п-Оа-А8-Р твердых растворов с целью создания на их основе мощного широкополосного суперлюминесцентного диода и перестраиваемого одномодового Фабри-Перо гетеролазера (X = 1.3 - 1.55 мкм), является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.

Основная цель работы заключалась в исследовании особенностей электрических и оптических свойств гетероструктур раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе твердых растворов 1п-Оа-А8-Р, создании на их основе перестраиваемого одномодового Фабри-Перо гетеролазера двухсекционной конструкции и мощного широкополосного су пер люминесцентного диода (Х= 1.3 - 1.55 мкм).

Для выполнения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Экспериментальное и теоретическое исследование электрических и оптических свойств двойных гетероструктур раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе твердых растворов Ы-ва-Аб-Р при высоких уровнях накачки.

2. Разработка технологии и изготовление двухсекционного мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера на основе РО ДГС ЫваАвРЯпР (X = 1.3 - 1.55 мкм).

3. Исследование излучательных характеристик перестраиваемого одномодового [пСаА^РЯпР (к = 1.55 мкм) гетеролазера, созданного на базе двухсекционной мезаполосковой конструкции.

4. Проведение исследований по оптимизации параметров двухсекционного мезаполоскового ШваАвРЯпР лазерного диода для получения мощного широкополосного суперлюминесцентного излучения (А, = 1.3 - 1.55 мкм). Исследование излучательных характеристик полученных суперлюминесцентных диодов.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: 1. Проведены комплексные исследования особенностей ватт-амперных и спектральных характеристик лазерных диодов на основе квантоворазмерных двойных гетероструктур раздельного ограничения ЫСаАвРЛпР при высоких уровней электрической накачки (до 60 кА/см2).

2. Детально исследованы причины аномального падения дифференциальной квантовой эффективности при уменьшении длины резонатора лазерного диода и сублинейности ватт-амперных характеристик при больших плотностях тока.

3. Предложен метод измерения профиля усиления в гетероструктуре с использованием двухсекционной конструкции лазерного диода.

4. Теоретически определен возможный диапазон перестройки длины волны излучения в двухсекционном Фабри-Перо гетеролазере с использованием предложенного метода измерения и расчета профиля усиления и экспериментально показана электрическая перестройка длины волны в двухсекционной мезаполосковой конструкции Фабри-Перо лазерного диода.

5. Определены параметры гетероструктуры на основе ЫСаАэРЛпР твердых растворов, используемой для получения мощного высокоэффективного широкополосного суперлюминесцентного излучения (X = 1.3 - 1.55 мкм).

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Установлено, что лазерные диоды на основе гетероструктур в системе четверных твердых растворов ¡п-ва-Аз-Р, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, обладают аномально широкими спектрами генерации и спонтанного излучения. Сделан вывод о возможности использования таких структур в широкополосных источниках излучения и для перестройки длины волны излучения в широком спектральном диапазоне.

2. Разработана двухсекционная конструкция мезаполоскового одномодового Фабри-Перо гетеролазера на основе ТпСаАвРЛиР (к =

1.3 - 1.55 мкм) двойной гетероструктуры раздельного ограничения.

3. Реализована электрическая перестройка длины волны в двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере в широком спектральном диапазоне.

4. Разработана конструкция суперлюминесцентного диода на базе мезаполоскового одномодового ЫваАзРЯпР (X = 1.3 - 1.55 мкм) лазерного диода.

Совокупность представленных в диссертации экспериментальных и теоретических данных позволяет сформулировать следующие основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Микрофлуктуации состава твердых растворов ЫваАзР, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, приводят к аномально широким спектрам спонтанного излучения и генерации в квантоворазмерных ЫСаАзРЯпР лазерах раздельного ограничения.

2. Падение дифференциальной квантовой эффективности в ЫСаАзРЛпР лазерах раздельного ограничения при больших уровнях накачки связано с возрастанием концентрации неравновесных носителей в волноводе и утечкой носителей вр-эмиттер.

3. В двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере, созданном на базе ЫваАзРЛпР двойной гетероструктуры раздельного ограничения с тонкой активной областью и аномально широким спектром усиления, возможна электрическая перестройка длины волны излучения путем изменения соотношения величин токов накачки секций.

4. Использование ЫОаАэР лазерной гетероструктуры с аномально широким спектром усиления в лазерном диоде с косым мезаполоском и поглощающей секцией позволяет получать мощное широкополосное суперлюминесцентное излучение.

5. Использование напряженной ТпОаАзРЯпОаАзЯпР гетероструктуры

раздельного ограничения с несколькими квантовыми ямами и высоким коэффициентом оптического ограничения волновода позволяет увеличить мощность и эффективность суперлюминесцентных диодов.

Приоритет результатов

Представленные в диссертации результаты исследования перестройки длины волны излучения в двухсекционной конструкции Фабри-Перо гетеролазера на основе InGaAsP/InP гетероструктуры с широким профилем усиления получены впервые. Достигнутые выходные оптические характеристики (величина мощности и полуширина спектра суперлюминесцентного излучения) суперлюминесцентного диода в разработанной конструкции на основе InGaAsP/InP гетероструктур (X = 1.55 мкм) являются рекордными значениями в мире на данный момент.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на 1st International Fiber-Optic and Telecommunication Conference (ISFOC '91), 1991, Leningrad, USSR, на 2ой Международной конференции "Nanostructures: physics and technology" (С-Петербург, июнь 1996), на 2-ой Всероссийской Конференции по физике полупроводников, 26.026.03.1996, г.Зеленогорск, С.Петербург и 5ой Международной конференции "Nanostructures: physics and technology" (С.-Петербург, июнь 1999), а также на научных семинарах лаборатории "Полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей" ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.

Публикации

По результатам исследований опубликовано всего 39 научных работ, из них 10 непосредственно по теме диссертационной работы. Список этих работ приведен в заключении по диссертации. Ссылки на эти работы в тексте диссертации отмечены цифрами со звездочкой.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Двойные гетероструктуры раздельного ограничения с тонкими активными областями на основе ЫСаАэР твердых растворов, выращенные модифицированным методом жидкофазной эпитаксии, обладают аномально широкими спектрами спонтанного излучения и генерации. Установлена корреляция между аномально широким спектром генерации и неоднородным уширением спектра излучения в ЫСаАзРЛпР твердых растворах, связанного с микрофлуктуациями состава в области несмешиваемости. Сделан вывод о возможности использования таких структур в широкополосных источниках излучения и для перестройки длины волны излучения в широком спектральном диапазоне.

2. Поглощение на свободных носителях дает относительно небольшой вклад в наблюдаемое падение эффективности излучения в ЫваАзРЯпР лазерных диодах при высоких плотностях тока накачки. Развита теоретическая модель, объясняющая падение дифференциальной эффективности возрастанием концентрации неравновесных носителей в волноводе за порогом генерации и ростом утечки носителей в р-эмиттер. Модель хорошо согласуется с экспериментом.

3. В двухсекционном мезаполосковом одномодовом Фабри-Перо гетеролазере, созданном на базе ЫваАзРЛпР (X = 1.55 мкм) двойной гетероструктуры раздельного ограничения с аномально широким спектром усиления получена электрическая перестройка длины волны генерации в диапазоне 12 нм при сохранении постоянной выходной оптической мощности.

4. Определены оптимальные параметры конструкции Фабри-Перо лазерного диода на основе КР РО ДГС InGaAsP/InP для получения максимальной мощности одномодового широкополосного суперлюминесцентного излучения - угол наклона косого мезаполоска 10°, ширина мезаполоска 5 мкм, длина накачивающей секции 1000 мкм, длина поглощающей секции 300 мкм.

5. Использование напряженной InGaAsP/InGaAs/InP гетероструктуры раздельного ограничения с десятью квантовыми ямами и высоким коэффициентом оптического ограничения волновода в конструкции диода с наклонным на 10° мезаполоском шириной 4.5 мкм позволило достичь рекордной постоянной оптической мощности 60 мВт одномодового суперлюминесцентного излучения (X = 1.55 мкм) при полуширине спектра излучения 30 нм, глубине модуляции спектра 8 %, постоянном токе накачки 800 мА. Порог усиления составил 1.5 кА/см2.

6. На базе InGaAsP/InP двойной гетероструктуры раздельного ограничения с широким профилем усиления созданы супер люминесцентные диоды, обладающие рекордно широким спектром излучения (65 нм по полуширине) и низкой глубиной модуляции (< 1 %) спектра. Выходная оптическая мощность составляла 40 мВт (X = 1.3 мкм) и 30 мВт (X = 1.55 мкм).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.* D.Z.Garbuzov, S.E.Goncharov, Yu.Y.Ilyin, A.V.Ovchinnikov, N.A.Pikhtin, I.S.Tarasov. "1W CW separate confinement InGaAsP/InP (A=1.3|im) laser and their coupling with optical fibers", Proceed, of 1st International Fiber-Optic and Telecommunication Conference (ISFOC '91), 1991, Leningrad, USSR, v.l, pp.144-149.

-1222.* И.Э.Беришев, Д.З.Гарбузов, С.Е.Гончаров, Ю.В.Ильин, Э.У.Рафаилов, А.В.Михайлов, Н.А.Пихтин, А.В.Овчинников, И.С.Тарасов "Оптический модуль на базе квантоворазмерного InGaAsP/InP лазера ваттного диапазона (А,= 1.3 мкм)", Письма в Ж.Т.Ф., 1990г., т. 16, вып.21, стр.35-41.

3.* Д.З.Гарбузов, А.В.Овчинников, Н.А.Пихтин, З.Н.Соколова, И.С.Тарасов, В.Б.Халфин. "Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей пороговых и мощностных характеристик РО ДГС InGaAsP/InP (1=1.3мкм) лазеров", ФТП, 1991, т.25, вып.5, сс. 928-933.

4.* Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов, М.А.Иванов "Особенности спектральных характеристик мощных инжекционных гетеролазеров на основе InGaAsP четверных твердых растворов.", ФТП, 1994, т.28, вып.11, стр. 1983-1990.

5.* N.A.Pikhtin, A.Yu.Leshko, A.Y.Lyutetskiy, V.B.Khalfin, N.V.Shuvalova, Yu.V.Ilyin, I.S.Tarasov, "Two - section InGaAsP/InP (A,= 1.55 jum) Fabry-Perot laser diode with 12 nm tuning range", Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 24-28 June 1996, pp.351-353.

6.* Н.А.Берт, Л.С.Вавилова, И.П.Ипатова, В.А.Капитонов,

A.В.Мурашова, Н.А.Пихтин, А.А.Ситникова, И.С.Тарасов,

B.А.Щукин "Спонтанно формирующиеся периодические InGaAsP структуры с модулированным составом" ФТП, 1999, т.ЗЗ, вып.5, стр.544-548.

7.* И.С.Тарасов, М.А.Иванов, А.В.Мурашова, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Н.А.Берт, Ж.И.Алферов "Самоупорядоченные InGaAsP наноструктуры", 2-ая Всероссийская

Конференция по физике полупроводников, 26.02-6.03 1996, г.Зеленогорск, С.Петербург, 1996, т.1, с.46.

8.* Н.А.Пихтин, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, В.Б.Халфин, Н.В.Шувалова, Ю.В.Ильин, И.С.Тарасов "Двухсекционный InGaAsP/InP (А,= 1.55 мкм) Фабри-Перо лазер с 12 нм диапазоном перестройки длины волны", Письма в ЖТФ, 1997, т.23, вып.6, сс.Ю-15.

9.* N.A.Pikhtin, A.Yu.Leshko, A.V.Lutetskiy, S.A.Shuravin, A.L.Stankevich, N.V.Fetisova, I.S.Tarasov, "High power broadband singlelobe InGaAsP/InP superluminescent diode", Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 14-18 June 1999, pp.150-153.

Ю.*Н.А.Пихтин, Ю.В.Ильин, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, А.Л.Станкевич, И.С.Тарасов, Н.В.Фетисова "Мощный широкополосный одномодовый InGaAsP/InP суперлюминесцентный диод", Письма в ЖТФ, 1999, т.25, вып.15, сс. 16-22.

В заключение автор хотел бы выразить глубокую благодарность научному руководителю И.С.Тарасову за повседневное руководство, внимание и полезное обсуждение результатов работы; сотрудникам А.В.Лютецкому, Н.В.Фетисовой, А.Ю.Лешко, А.Л.Станкевичу, Ю.В.Ильину, при непосредственном участии и помощи которых были выполнены исследования; В.Б.Халфину и З.Н.Соколовой за помощь в проведении теоретических расчетов; сотрудникам технологических групп Н.Д.Ильинской, Л.С.Вавиловой, Е.А.Третьяковой, Т.Н.Дрокиной, Е.И.Кухаревой, Н.Ф.Кадощук, Т.А.Налет, И.Н.Арсентьеву за огромную работу по изготовлению гетероструктур; а также проф. А.Н.Пихтину за плодотворные дискуссии, стимулировавшие проведение научных исследований и написания диссертации.

Заключение

1. Х.Кейси, М.Паниш "Лазеры на гетероструктурах", М., Мир, 1987.

2. M.Horiguchi, H.Osanai, "Spectral losses of low-OH-content Optical Fibers" Elecrtonic Letters, 1976, v. 12, p.310.

3. E.Desurvire "Erbium doped optical amplifiers", Photon.Technol.Lett., 1989, N.l, p.293.

4. E.Kuphal, A.Pockev "LPE Growth of High Purity InP and InGaAsP", J.of Crystal Growth, 1982, v.58, N.l, p.133.

5. K.Kozmierski, P.Hirtz, J.Ricardi, H.Razeghi, B.Cremoux "Validation of MOCYD InGaAsP/InP laser fabrication technology steps by photoluminescence imaging method", Int.Symposium of Defect Recognition and Image Processingin III-V compound, 1985, France.

6. W.T.Tsang, F.K.Reinhart, J.A.Ditzenberger "Molecular beam epitaxy grown 1.3 цт InGaAsP/InP double heterostructure lasers", Electronic Letters, 1982, v,18,p.785.

7. B.Cremoux, P.Hirtz, J.Ricardi "On the presence of solid immiscibility domain in the InGaAsP phase diagram", Ins.Phys.Conf.Ser., 1981, N.56.

8. J.Kinashita, H.Okuda, Y.Yematsu, "Preserving InP surface corrugation for 1.3 jum InGaAsP/InP DFB lasers from thermal deformation during LPE process", Electronic Letters, 1983, v.19, N.6, p.215.

9. R.J.Nelson, "Near-equilibrium LPE growth of low threshold current density InGaAsP (1=1.35 |um) DH lasers", Appl.Phys.Lett., 1979, v.35, N.9, p.654.

10. А.В.Овчинников "Разработка жидкофазной технологии изготовления InGaAsP/InP 1.3 мкм) структур (для ВОЛ С) со сверхтонкими активными областями", Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.наук, Ленинград, 1988.

11. Д.З.Гарбузов, Е.В.Журавкевич, А.Л.Тер-Мартиросян, А.В.Овчинников, В.П.Чалый, В.Б.Халфин, "Влияние вращения расплавов при жидкофазной эпитаксии на движущуюся подложку", ЖТФ, 1989, т.59, N.1, с.49.

12. Bert N.A., Gorelenok А.Т., Dzigasov A.G., Konnikov S.G., Popova T.B., Tibilov V.K, "Epitaxial growth of InGaAsP Solid Solutions Lattice-Natched to InP", Journal of Crystal Growth, 1981, v.52, pp.716-721.

13. Garbuzov D.Z., Berishev I.E., Il'in Yu.V., Il'inskaya N.D., Ovchinnikov A.V, Pikhtin N.A., Tarasov I.S "High-power buried heterostructure InGaAsP/InP laser diodes produced by an improved regrowth process", J. Appl. Phys.,1992, v.72, N.l, pp.319-321.

14. T.L.McDevitt, S.Mahajan, D.E.Laughlin W.A.Bonner, V.G.Keramidas "Two-dimensional phase separation in InGaAsP epitaxial layers", Phys.Rev.B., 1992, v.45, N.12, p.6614.

15. M.Ihikawa, I.J.Murgatroyd, T.Ijichi, N.Matsumoto, A.Nakai, S.Kashiwa, J.Cryst.Growth, 1988, v.93, p.370.

16. I.P.Ipatova, Y.G.Malyshkin, V.A.Shchukin. "On spinodal decomposition in elastically anisotropic epitaxial films of III-V semiconductor alloys", J.Appl.Phys., 1993, v.74, p.7198.

17. I.Mito, M.Kitamura, K.Kobayashi, S.Murata, "InGaAsP Double-channel planar buried heterostructure laser diode with effective carrier confinement", J. of Lightwave Technology, 1983, v.LT-1, N.l, p.195.

18. Беришев И.Э., Бородицкий М.П., Горбачев А.Ю., Ильин Ю.В., Ильинская Н.Д., Лившиц Д.А., Станкевич А.Л., Рафаилов Э.У., "Одномодовые InGaAsP РО ДГС лазеры с тонким волноволом ( X =0.8 ,Х = 1.3 мкм)", Письма в ЖТФ 1994. т. 20, вып.7, стр.41-46.

19. Garbuzov D.Z., Goncharov S.E., Il'in Yu.V, Pikhtin N.A., Tarasov I.S., Ovchinnikov A.V, "1W CW separate confinement InGaAsP/InP (A=1.3 jum) laser and their coupling with optical fibers.", ISFOC 25-29 March, 1991, Leningrad, USSR, v.l, ррЛ44-149.

20. P.J.A.Thijs, L.F.Tiemeijer, J.J.M.Binsma, T.vanDongen, "Progress in long-wavelength strained-layer InGaAs(P) quantum-well semiconductorlasers and Amplifiers" IEEE Journal of Quantum Electronics, 1994, v.30 N.2, p.477.

21. M.Yamamoto, N.Yamamoto, and J.Nakano, IEEE Journal of Quantum Electronics, 1994, v.30, N.2, p.554.

22. M.Kito, N.Otsuka, M.Ishino, and Y.Matsui IEEE Journal of Quantum Electronics, 1996, v.32 N.l, p.38.

23. S.Seki, H.Oohashi, H.Sugiura, T.Hirono, and K.Yokoyama, IEEE Journal of Quantum Electronics, 1996, V.32N.8, p.1478.

24. H.Temkin, D.Cobbenz, R.A.Logan, J.P.van der Zici, T.Tanbun-Eh, R.D.Yadvish, and A.M.Sergent, Appl.Phys.Lett, 1993, v.82, N.19, p.2402.

25. K.Petermann "Laser diode modulation and noise", Kluwer Academic Publishers, 1988, p.36.

26. М.А.Бородицкий, А.Е.Дулькин, И.В.Кочнев, Д.А.Лившиц, Н.О.Соколова, Э.У.Рафаилов, И.С.Тарасов, Ю.М.Шерняков, Б.С.Явич." Мощные одномодовые InGaAsP/GaAs лазеры ( X = 0.98 мкм ), выращенные МОГФЭ методом", Письма в ЖТФ, 1994, т.20, вып. 6, стр. 62-66.

27. М.А.Иванов, Ю.В.Ильин, Н.Д.Ильинская, Ю.А.Корсакова, А.Ю.Лешко, А.В.Лунёв, А.В.Лютецкий, А.В.Мурашова, Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов. "Полосковые одномодовые InGaAsP/InP лазеры излучающие на длине волны 1.55 мкм", Письма в ЖТФ, 1995, в.21, с.70-75.

28. Голикова Е.Г., Горбылев В.А., Ильин Ю.В., Курешов В.А., Лешко

29. A.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Рябоштан Ю.А., Симаков

30. B.А.Тарасов И.С., Третьякова Е.А., Фетисова Н.В. "Мезаполосковые одномодовые РО ДГС nGaAsP лазеры, полученные методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений", Письма в ЖТФ, 2000, т.26, вып.7, с. 57-63.

31. T.L.Koch, U.Koren "Semiconductor lasers for coherent optical fiber communication", J.Lightwave Technilogy, 1990, v.8, p.274-293.

32. R.A.Soref, J.P.Lorenzo " Electronic wavelength tuning in laser diodes", 1986, v.22,p.873.

33. T.Wolf, S.Illek, J.Rieger, B.Borchet, M.-C.Amann " Extended continuous tuning range (over 10 nm) of tunable twin-guide lasers", Tech.Dig.Conf. Lasers and Electro-Optics, Anaheim, CA,1994, p.CWB-1.

34. H.Imai, Y.Kotaki, M.Matsuda, Y.Kuwahara, H.Ishikawa "Wavelength tunable DBR-laser with wide tuning range", Proceedings CLEO'88, 1988, v. 1, p.47.

35. L.D.Zhu, B.Z.Zheng, Z.X.Xu, G.A.B.Feak "Optical Gain in GaAs/GaAlAs Graded Index Separate Confinement Single-Quantum-Well

36. Heterostructures", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1989, v.25, N.6, pp.1171-1179.

37. M.Oeberg, S.Nillson, T.Klinga, P.Ojala "A three-electrode DBR laser with 22 nm wavelength tuning range", IEEE Photon.Technology Letters, 1991, v.PTL-3, p.299-301.

38. S.Illek, W.Thulke, M.-C.Amann"Codirectionally coupled twin-guide laser diodes for broadband electronic wavelength tuning", Electronic Letters, 1991, v.27,p.2207.

39. K.Y.Lau "Broad wavelength tunability in gain-levered quantum well semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett., 1990, v.57, N.25, pp.2632-2634.

40. K.Bohm, P.Russer, E.Weidel and R.Ulrich "Low-noise fiber optic rotation sensing", 1981, Opt.Lett., v.6, p.64.

41. K.Bohm, K.Petermann, E.Weidel and R.Ulrich "Low-drift fiber gyro using a superluminescent diode", Electron.Lett., 1981, v.17, p.352.

42. W.K.Burns, C.L.Chen, R.P.Moeller "Fiber-optic gyroscopes with broad band sources", J.Lightwave Technol.,, 1983, v.LT-1, p.98.

43. Унгер Г.Г. "Оптическая связь". M., "Связь", 1979.

44. G.A.Alphonse, D.B.Gilbert, M.G.Harvey, M.Ettenberg "High-Power Superluminescent Diodes", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1988, v.24, N.12, pp.2454-2457.

45. N.S.K.Kwong, K.Y.Lau and N.Bar-Chaim "High-Power High-Efficiency GaAIAs Superluminescent Diodes with An Internal Absorber For Lasing Suppression", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1989, v.25, N.4, pp.696-704.

46. N.S.K.Kwong, and N.Bar-Chaim "High-Power 1.3)iim Superluminescent Diode", Appl.Phys.Lett., 1989, v.54, N.4, pp.298-300.

47. H.Nagai, Y.Noguchi, S.Sudo "High-Power High-Efficiency 1.3|iim Superluminescent Diode With A Burried Bent Absorbing Guide Structure" Appl.Phys.Lett., 1989, v.54, N.18, pp.1719-1721.

48. B.D.Patterson, J.E.Epler, B.Graf, H.W.Lehmann, H.C.Sigg "A Superluminescent Diode At 1.3jum With Very Low Spectral Modulation" IEEE Journal of Quantum Electronics, 1994, v.30, N.3, pp.703-711.

49. Л.Н.Курбатов, С.С.Шахиджанов, Л.В.Быстрова, В.В.Крапухин, С.И.Колоненкова "Исследование суперлюминесценции диода из арсенида галлия", ФТП, 1970, т.4, вып.11, сс.2025-2031.

50. T.Takayama, O.Imafuji, Y. Kouchi, M.Yuri, A.Yoshikawa, K.Itoh "100-mW High Power Angled-Stripe Superluminescent Diodes With New Real Refractive-Index-Guided Self-Aligned Structure", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1996, v.32, N.l 1, pp.1981-1986.

51. I.P.Kaminow, G.Eisenstein, L.W.Stulz "Measurement of Modal Reflectivity of an Antireflection Coating on a Superluminescent Diode", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1983, v.19, N.4, pp.493-495.

52. Y.Noguchi, H.Yasaka, O.Mikami, H.Nagai "High-Power Broad-Band InGaAsP Superluminescent Diode Emitting At 1.5 |im", J.Appl.Phys., 1990, v.67, N.5, pp.2665-2667.

53. M.-C.Amann, J.Boeck "High-efficiency superluminescent diodes for optical-fibre transmission", Electronic Letters, 1979, v.15, N.2, p.41-42.

54. Dan Botez "Effective refractive index and first-order-mode cutoff conditions in InGaAsP/InP laser structures", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1982, v. 18, N.5, pp.865-870.

55. Ch.Holtman, P.-A.Besse, H.Melchior "High power superluminescent diodes for 1.3 jum wavelengths", Electronic Letters, 1996, v.32, N.18, p.1705-1706.

56. Ж.И.Алферов, М.А.Иванов, Ю.В.Ильин, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов "О селекции поперечных мод в InGaAsP лазерах с диэлектрическими покрытиями зеркал", Письма в ЖТФ, 1995, т.21, вып.З, стр.64-69.

57. Гарбузов Д.З., Беришев И.Э., Ильин Ю.В., Ильинская Н.Д., Овчинников А.В, Пихтин Н.А., Тарасов И.С., "Зарощенные одномодовые непрерывные InGaAsP/InP лазеры раздельного ограничения (А,= 1.3мкм.)", Письма в Ж.Т.Ф., 1991, т.17, стр.17-21.

58. Y.Nambu, A.Tomita "Spectral hole burning and carrier-heating effect on the transient optical nonlinearity of highly-carrier injected semiconductors", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1994, v.30, N.9, pp. 1981-1994.

59. K.L.Hall, G.Lenz, E.P.Ippen, U.Koren, G.Raydon "Carrier-heating and spectral hole burning in strained-layer quantum well laser amplifiers at 1.5 jum", Appl.Phys.Lett., 1992, v.61, N.21, pp.2512-2514.

60. K.Petermann "Laser diode modualtion and noise", Kluwer Academic Publishers, Holland, 1988, p.59.

61. M.P.Kesler, C.S.Harder, E.E.Latta "Carrier heating in AlGaAs single quantum well laser diodes", Appl.Phys.Lett., 1991, v.59, N.22, pp.27752777.

62. F.H.Peters, D.T.Cassidy "Scattering, absorption and anomalous spectral tuning of 1.3 |um semiconductor diode lasers", J.Appl.Phys., 1992, v.71, N.9, pp.4140-4144.

63. D.T.Cassidy, F.H.Peters,"Spontaneous emission, scattering, and the spectral properties of semiconductor diode lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1992, v.28, N.4, pp.785-791.

64. Вавилова JI.C., Иванова A.B., Капитонов В.А., Мурашова А.В., Пихтин Н.А., Тарасов И.С., Арсентьев И.Н., Берт Н.А., Мусихин Ю.Г., Фалеев Н.Н., "Самоорганизующиеся наногетероструктуры в твердых растворах InGaAsP", ФТП, 1998, т. 32, вып. 6, стр. 658-662.

65. Берт Н.А., Вавилова Л.С., Ипатова И.П., Капитонов В.А., Мурашова А.В., Пихтин Н.А., Ситникова А.А., Тарасов И.С., Щукин В.А. "Спонтанно формирующиеся периодические InGaAsP-структуры с модулированным составом", ФТП, 1999, т. 33, вып. 5, стр.544-548.

66. C.H.Henry, R.A.Logan F.R.Merrit "Measurement of gain and absorption spectra in AlGaAs buried heterostructure lasers", J.Appl.Phys., 1980, v.51, N.6, pp.3042-3050.

67. Д.З.Гарбузов, В.П.Евтихиев, С.Ю.Карпов, З.Н.Соколова, В.Б.Халфин., "Расчет пороговых токов для InGaAsP/InP и-133

68. GaAsP/GaAs ДГС лазеров с раздельным ограничением", ФТП, 1985, т.19, вып.З, с.449-455.

69. Д.З.Гарбузов, В.В.Агаев, З.Н.Соколова, В.Б.Халфин, В.П.Чалый "Рекомбинационные процессы в InGaAsP/InP ДГС с X =1- 1.5 мкм", ФТП, 1984, т.18, вып.6, с.1069-1076.

70. Y.Zhao, W.Han, J.Song, X.Li, Y.Liu, D.Gao, G.Du "Spontaneous emission factor for semiconductor superluminescent diodes", J.of Applied Physics, 1999, v.85, N.8, pp.3945-3948.